TWI555447B - 無線電波產生器的功率和頻率雙向自動調整系統和方法 - Google Patents

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Description

無線電波產生器的功率和頻率雙向自動調整系統和方法
本發明係關於一種無線電波(radio frequency,RF)產生器，特別有關無線電波產生器之功率(power)和頻率的調節控制。
在此提供的背景技術的描述是為了呈現本發明的內容。當前所列舉之發明人的創作到此背景技術一節所描述之創作的範圍內以及此描述中很多方面不能被視作為申請時的先前技術的內容，這些內容既不明確地也不是暗示性地被承認為反駁本發明之揭露的先前技術。
電漿蝕刻法(plasma etching)經常使用於半導體製程中。於電漿蝕刻法中，利用電場來加速離子以對位於基板上的曝露表面進行蝕刻，此電場是根據RF功率系統中的一或多個RF產生器所生成的RF功率訊號而產生的。RF產生器所生成的RF功率訊號必須進行精確地控制，以有效地進行電漿蝕刻。
RF功率系統可包含一RF產生器、一匹配網路以及例如為電漿腔室的一負載。RF功率訊號可用來驅動該負載以製成各種元件，如積體電路、太陽能板、光碟片(compact disks,CDs)和數位影音多用途光碟片(digital versatile disks,DVDs)等等。該負載可包含任意數目的由RF訊號驅動的元件或裝置，於一個非限定性的例子中，該負載包含一電漿腔室。該 負載可包含不相匹配的寬頻帶負載(broadband mismatched loads)(即，具有不相匹配的電阻終端的纜線)、不相匹配的窄頻帶負載(narrowband mismatched loads)(即，兩元件相匹配的網路)以及共振負載(resonator loads)。
該RF功率訊號由匹配網路所接收。匹配網路使得匹配網路的輸入阻抗與介於RF產生器和匹配網路間的傳輸線的特性阻抗相匹配。此阻抗匹配(impedance matching)有助於將朝著電漿腔室的前方方向施加到匹配網路的功率(即，正向功率(forward power))以及從匹配網路反射回RF產生器的功率(即，反向功率(reverse power))最小化。阻抗匹配並有助於使得從匹配網路輸出到電漿腔室的正向功率最大化。
在RF功率供應的領域中，有兩種典型的施加RF訊號到負載的方式。第一種方式是比較傳統的方式，其施加連續波形的訊號到負載。該連續波形的訊號一般為正弦波，其由電源供應器連續輸出至負載。於連續波的方式中，RF訊號呈現正弦輸出(sinusoidal output)，此正弦波的振幅及/或頻率可被改變，藉而改變施加到負載的輸出功率。第二種施加RF訊號到負載的方式不是施加連續波形的訊號到負載，而是與將RF訊號脈衝化有關。
在此提供了一種無線電波產生器，其包含一功率控制模組、一頻率控制模組及一脈衝產生模組。該功率控制模組設置用來產生一功率訊號，其針對一功率放大器的複數個目標狀態指示出功率位準。該頻率控制模組設置用來產生一頻率訊號，其針對該功率放大器的該等目標狀態指 示出頻率。該脈衝產生模組設置用來(i)施加一輸出訊號給該功率放大器，(ii)針對該功率放大器的該等目標狀態中的一個，喚回一最近之功率位準和一最近之頻率中至少一者，以及(iii)根據該功率放大器的該最近之功率位準和該最近之頻率中至少一者、該功率訊號以及該頻率訊號，調整該輸出訊號的一目前功率位準和一目前頻率，使其從一第一狀態變換到一第二狀態。
於其他特徵中，提供了一種方法，其包含產生一功率訊號，其針對於一無線電波產生器中的一功率放大器的複數個目標狀態指示出功率位準。一頻率訊號被產生，其針對該功率放大器的該等目標狀態指示出頻率。一輸出訊號被施加給該功率放大器。針對該功率放大器的該等目標狀態中的一個，喚回一最近之功率位準和一最近之頻率中至少一者。根據該功率放大器的該最近之功率位準和該最近之頻率中至少一者、該功率訊號以及該頻率訊號，調整該輸出訊號的一目前功率位準和一目前頻率，使其從一第一狀態變換到一第二狀態。
從以下的詳細描述、申請專利範圍和圖式中，本揭露可以應用的領域將會更清楚顯示出來，以下的詳細描述和特定例子僅為更清楚地說明，而非意欲限制本揭露的範圍。
10‧‧‧無線電波功率系統
12‧‧‧無線電波產生器
14‧‧‧匹配網路
16‧‧‧傳輸線
18‧‧‧負載
20‧‧‧脈衝控制電路
30、32‧‧‧無線電波產生器
34、36‧‧‧源電路
38、40‧‧‧脈衝控制電路
42、44‧‧‧功率放大器
46、48‧‧‧感測器
50、52‧‧‧脈衝圖案模組
54、56‧‧‧次脈衝源模組
58、60‧‧‧主脈衝源模組
62、64‧‧‧其他脈衝源模組
70、72‧‧‧脈衝控制模組
74、76‧‧‧功率控制模組
78、80‧‧‧頻率控制模組
82、84‧‧‧功率設定點模組
86、88‧‧‧脈衝產生模組
90、92‧‧‧電源
DATAf1、DATAf2‧‧‧頻率資料訊號
DATAP1、DATAP2‧‧‧功率資料訊號
DATAP&f1、DATAP&f2‧‧‧反饋資料訊號
fDels1、fDels2‧‧‧頻率控制訊號
PDels1、PDels2‧‧‧功率控制訊號
STATE1、STATE2‧‧‧狀態訊號
State1~6‧‧‧狀態
200、202-0~208-0、202-1~208-1、202-n~208-n‧‧‧作業程序
250、252-0~258-0、252-1~258-1、252-n~258-n‧‧‧作業程序
300~312‧‧‧作業程序
從以下的詳細說明和所附圖式，本揭露將會更容易地被完全瞭解，其中第1圖顯示與本揭露一致的一種無線電波功率系統的功能方塊圖。
第2圖顯示與本揭露一致的無線電波產生器的功能方塊圖。
第3圖顯示與本揭露一致的脈衝產生模組、功率放大器或無線電波產生器之輸出功率的狀態的功率訊號圖。
第4圖顯示與本揭露一致的功率控制方法。
第5圖顯示與本揭露一致的頻率控制方法。
第6圖顯示與本揭露一致的脈衝產生模組的狀態控制方法。
於圖式中，可能重覆使用元件編號以指代類似及/或相同的元件。
RF產生器的功率輸出(或輸出功率)可被脈衝化，並且舉例來說，包含一高能狀態(HIGH state)和一低能狀態(LOW state)。HIGH狀態可指脈衝的峰值功率位準(或振幅)，LOW狀態可指脈衝的最小功率位準及/或連續脈衝間的功率位準。雖然這個例子中提供了兩種狀態(HIGH和LOW)，但是RF產生器的輸出功率可具有n個不同的狀態，其中n是一個大於或等於二的整數。輸出功率的脈衝可以是為因應輸出功率及/或負載阻抗中低頻率改變(頻率變化小於一預定頻率)而調諧過的RF頻率。當輸出功率及/或負載阻抗改變而使得RF頻率增加時，調諧輸出功率之RF頻率以使阻抗匹配的能力會因而受限。
因此，對於發生在高頻率時輸出功率和負載阻抗的改變，輸出功率的第一狀態(或HIGH狀態)可以是處在跨越多個脈衝而調諧到一預定頻率的頻率。一旦第一狀態的RF頻率與該預定頻率匹配，輸出功率的RF頻率可能就不再改變，這就會造成所有狀態下的RF頻率都相同。因此，第一狀態下阻抗匹配是好的，但是在其他狀態下可能就會有所偏差(即，不是很精確)。另一種情況是，不對RF頻率進行調諧，但此會造成所有的狀態 都潛在具有阻抗匹配偏差。
RF頻率的調諧過程可能是緩慢的，並且可能無法在下一個脈衝改變前達到目標，這不是會對阻抗匹配就是會對脈衝率(pulse rate)造成限制。以下描述的實施方式中包含了對輸出功率之不連續(discrete)狀態進行控制的RF產生器，輸出功率的RF頻率和功率依逐步的方式(step-wise fashion)(即，基於各個功率設定點(setpoints)和RF頻率設定點)被控制成不連續狀態間的過渡狀態。這種控制方式是基於先前給予的最新功率位準和相應之RF頻率的反饋(feedback)，此種反饋的控制方式允許因應輸出功率之RF頻率和功率位準的快速變化，為功率設定點及/或負載阻抗的改變提供相當快的反應時間。在脈衝發生期間，在此揭露的實施方式可(i)將多個不同功率位準下所反射的功率最小化；(i)將負載改變下所反射的功率最小化；以及(iii)加強供給之輸出功率的控制。負載的改變可能是起因於，例如，負載中已脈衝化的電漿。
第1圖顯示一種無線電波功率系統10。RF功率系統10可包含一或多個RF產生器12，第1圖顯示出RF產生器1~m，RF產生器12可接收交流(alternating current,AC)的功率，並經由各傳輸線16提供RF功率給一匹配網路14，傳輸線16反過來提供RF功率到負載18。舉例來說，AC功率可為大約480伏特交流(VAC)或其他適當電壓的三相(three-phase)AC功率。RF產生器12輸出的功率可於匹配網路14中進行結合並提供給負載18。於另一例子中，針對每一個RF產生器都提供有一個匹配網路，所有匹配網路的輸出可以結合在一起並提供給負載18。
RF產生器12包含各脈衝控制電路20，第1圖顯示出脈衝控制 電路1~m，脈衝控制電路20提供輸出功率，其於傳輸線16上進行傳輸，並傳送到匹配網路14。每個RF產生器12所提供的輸出功率可為連續波形(continuous wave,CW)的功率、脈衝功率(pulsed power)或偽CW功率。舉例來說，CW功率可為正弦波訊號的形式。脈衝功率可包含：具有不同RF頻率及/或功率位準的多個不連續脈衝以及一相應的脈衝頻率(pulsing frequency)(或不同狀態之間脈衝功率改變下的頻率)。偽CW功率可包含多個不連續脈衝，每個脈衝具有相同的功率位準。
雖然在偽CW模式下，RF產生器的功率設定點可能都相同，但是RF頻率卻可能不同及/或被調製成具有與其他RF產生器相同的脈衝頻率。舉例來說，一或多個RF產生器12可利用改變振幅和RF頻率提供一脈衝式輸出功率訊號(其操作於一雙向模式(bimodal mode))，而一或多個其他的RF產生器12可提供一偽CW功率訊號，其具有與該脈衝式輸出功率訊號之頻率相同的脈衝頻率(其操作於一偽CW模式)。這可使得該偽CW功率訊號的脈衝頻率在任一時刻及時與該脈衝式輸出功率訊號的脈衝式頻率(pulsed frequency)匹配。每個操作於雙向模式及/或偽CW模式的RF產生器12可基於相同或不同的預定狀態(predetermined states)及/或RF產生器12中各功率放大器(power amplifiers)所偵測到的RF輸出，來產生RF輸出訊號。
匹配網路14使得匹配網路14的輸入阻抗與傳輸線16的特性阻抗(characteristic impedances)互相匹配。換個方式說，匹配網路14將負載18的阻抗匹配於RF產生器12可能之輸出的阻抗。匹配網路14和負載18可被視為在RF產生器12上的負載。舉例來說，負載18可為一電漿腔室，或者是其他的RF負載。負載18的阻抗可為靜態的(即，不隨時間改變)或動態 的(即，隨時間改變)。
雖然每個顯示出的RF產生器12僅具有單一個RF輸出，但是實際上每個RF產生器12可具有任意數目的RF輸出。舉例來說，RF產生器12可針對實施於負載18中的一或多個電漿腔室內的每一個電漿電極(plasma electrode)產生一個RF輸出。此外，一或多個RF產生器12可控制匹配網路14。具體來說，RF產生器12可對匹配網路14執行阻抗匹配的範圍進行控制。匹配網路14可將RF輸出分別提供給實施於負載18內的電漿電極。舉例來說，RF輸出施加到電漿電極的應用可實現於薄膜沉積系統中、薄膜蝕刻系統以及其他適用的系統中，而RF輸出也可以應用到其他適用的系統。
請參閱第2圖，其顯示RF產生器30、32(亦可稱為RF產生器模組)。RF產生器30、32可取代第1圖中的兩個RF產生器12。RF產生器30、32提供RF輸出功率，其可被提供到一匹配網路(如，匹配網路14)。RF產生器30、32可包含各個源電路(source circuits)34、36、脈衝控制電路38、40、功率放大器42、44以及感測器46、48。源電路34、36產生脈衝圖案(pulse patterns)，其被提供給脈衝控制電路38、40。脈衝控制電路38、40控制脈衝控制電路38、40及/或功率放大器42、44所提供之RF輸出的RF頻率、脈衝頻率和功率位準。感測器46、48偵測及/或被用來偵測RF頻率及功率放大器42、44的RF輸出。
源電路34、36可包含脈衝圖案模組50、52、次脈衝源模組54、56、主脈衝源模組58、60以及其他脈衝源模組62、64。脈衝圖案模組50、52可決定脈衝圖案，其包含脈衝振幅(magnitudes)、脈衝時間、功率位準、脈衝寬度(或期間)、各脈衝間的延遲(delays)、脈衝圖案的工作週期(duty cycles)以及RF頻率等等。脈衝圖案可根據這些參數中每一個儲存的值而產生。脈衝圖案及/或這些參數中的任一個可由一或多個脈衝源模組54~64來提供。該脈衝圖案指出何時要從一目前狀態過渡到下一個狀態，每一個狀態可具有其各自的振幅、期間(duration)、RF頻率和功率位準。
脈衝源模組54~64會根據脈衝圖案模組50、52的輸出來產生脈衝圖案給脈衝控制電路38、40。脈衝源模組54~64可基於同步訊號、及/或脈衝控制電路38、40及/或功率放大器42、44所偵測到的RF輸出來產生脈衝圖案。舉例來說，第一RF產生器30可操作為一個主要的產生器，而第二RF產生器32可操作為一個次要的產生器。在此例中，如第2圖所示，第二RF產生器32的次脈衝源模組56可從第一RF產生器30的主脈衝源模組接收到一同步訊號。該同步訊號可指出第一RF產生器30的主脈衝源模組58所產生之脈衝圖案的功率位準，而非指出其脈衝期間。接著，第二RF產生器32的次脈衝源模組56即可根據該同步訊號以及第二RF產生器32的脈衝圖案模組52的輸出來產生脈衝圖案。此外，其他脈衝源模組62、64可根據同步訊號、及/或脈衝控制電路38、40及/或功率放大器42、44所偵測到的RF輸出來產生脈衝圖案。
脈衝控制電路38、40包含各個脈衝控制模組70、72、功率控制模組74、76、頻率控制模組78、80、功率設定點模組82、84以及脈衝產生模組86、88。脈衝控制模組70、72接收各個(i)來自於脈衝源模組54~64之輸出的脈衝圖案訊號；以及(i)反饋資料訊號DATAP&f1、DATAP&f2。每一個反饋資料訊號DATAP&f1、DATAP&f2包含各個功率放大器42、44之RF輸出的一或多個已更新的功率位準以及一或多個已更新的RF頻率。
脈衝控制模組70、72決定脈衝頻率並根據脈衝圖案訊號和反饋資料訊號DATAP&f1、DATAP&f2來產生狀態訊號STATE1、STATE2、功率資料訊號DATAP1、DATAP2以及頻率資料訊號DATAf1、DATAf2。脈衝頻率(如，10~100kHz)可儲存於脈衝控制模組70、72、RF功率產生器30、32的記憶體、及/或從輸入裝置(如，使用者介面)接收以作為輸入值。脈衝頻率可用來調製RF產生器30、32的RF輸出功率，其中RF產生器30、32都具有各自的RF頻率(如，10~20MHz)。脈衝頻率是指不同狀態之間RF輸出功率的變化速率，而RF輸出功率的RF頻率為相應之脈衝頻率的一個函數。
舉例來說，狀態訊號STATE1、STATE2藉由一數值(numerical value)指出下一個狀態(next state)。狀態訊號STATE1、STATE2可為一個大於或等於零的整數。於一實施方式中，狀態訊號STATE1、STATE2提供狀態值i，其中i等於0~n，n為所有狀態的總數。功率資料訊號DATAP1、DATAP2可指示出一或多個已更新的功率位準，頻率資料訊號DATAf1、DATAf2可指示出功率放大器42、44之各個RF輸出的已更新RF頻率。
功率控制模組74、76產生功率控制訊號PDels1、PDels2，其對n個狀態中的每個狀態指示出其功率位準。針對n個狀態中的每個狀態，功率控制模組74、76產生了代表功率放大器42、44之RF輸出之預定振幅的輸出。功率控制模組74、76的輸出亦指示出何時進行狀態間的過渡。功率控制模組74、76接收狀態訊號STATE1、STATE2、功率資料訊號DATAP1、DATAP2以及設定點訊號SET1、SET2。設定點訊號SET1、SET2是從功率設定點模組82、84接收到的，且其對每個功率控制模組74、76指示出預定的功率設定點(如，PDel(i))。舉例來說，功率設定點模組82、84可儲存預定的功率設 定點PDel(i)。功率控制訊號PDels1、PDels2亦可包含步階大小(step sizes)，其相應於目前狀態和目標狀態間進行過渡時的中間設定點(intermediate setpoints)之間的增量偏移(incremental offsets)。步階大小可指脈衝產生模組86、88及/或功率放大器42、44中目前脈衝和目標脈衝之間的過渡脈衝(transition pulses)的振幅及/或期間。這使得功率放大器42、44的功率位準可隨時間調諧或調整到脈衝產生模組86、88及/或功率放大器42、44之目標狀態下的目標功率位準。功率控制模組84、76根據狀態訊號STATE1、STATE2、功率資料訊號DATAP1、DATAP2以及預定的功率設定點而產生功率控制訊號PDels1、PDels2。
針對n個狀態中的每個狀態，頻率控制模組78、80根據狀態訊號STATE1、STATE2以及頻率資料訊號DATAf1、DATAf2來產生頻率控制訊號fDels1、fDels2，其包含RF頻率設定點f(0)~f(n)。頻率控制模組78、80儲存RF頻率設定點f(0)~f(n)，其相應於功率設定點。頻率控制訊號亦可包含步階大小，其相應於目前狀態和目標狀態間進行過渡時的中間設定點之間的增量偏移。頻率控制訊號的步階大小可指RF頻率的變化，以提供脈衝產生模組86、88及/或功率放大器42、44中目前脈衝和目標脈衝之間的每一個過渡脈衝。這使得功率放大器42、44之功率輸出的RF頻率可隨時間調諧或調整到脈衝產生模組86、88及/或功率放大器42、44之目標狀態下的目標RF頻率。功率控制模組74、76及/或頻率控制模組78、80可各包含比例積分微分(proportional integral derivative,PID)控制器及/或直接數位合成(direct digital synthesis,DDS)元件。
脈衝產生模組86、88根據脈衝控制模組70、72、功率控制模 組74、76以及頻率控制模組78、80的輸出，產生具有預定脈衝(predetermined pulses)的RF輸出。脈衝產生模組86、88和功率放大器42、44可從各個電源(power sources)90、92接收電力。雖然電源90、92顯示為RF產生器30、32的一部份，但是電源90、92可為RF產生器30、32之外的元件，且可整合為單一電源。舉例來說，電源90、92可為直流(direct current,DC)電源。電源90、92可接收輸入的交流(AC)電並產生直流(DC)電給脈衝產生模組86、88及/或功率放大器42、44。功率放大器42、44會將脈衝產生模組86、88的RF輸出進行放大。
脈衝產生模組86、88儲存功率放大器42、44之RF輸出的已更新功率位準和RF頻率。功率位準可被感測器46、48偵測到及/或基於感測器46、48的輸出來確定，並反饋至脈衝產生模組86、88。RF頻率可由頻率控制模組78、80來確定，RF頻率可基於多種輸入而確定。第一種輸入可包含在脈衝控制模組70、72接收到目前狀態和目前狀態由脈衝控制模組70、72確定時對目前狀態(亦稱為脈衝狀態)的識別。其他的輸入可為感測器46、48的輸出。該頻率控制模組可針對每個狀態再呼叫(recall)其最近的頻率，接著頻率控制模組可選取RF頻率，以將每個狀態下的反射功率(reflected power)(或反射比例γ)最小化。
儲存和呼叫已更新的功率位準和RF頻率可使得狀態間的過渡快速進行。脈衝產生模組86、88可根據功率控制訊號PDels1、PDels2以及頻率控制訊號fDels1、fDels2來產生反饋資料訊號DATAP&f1、DATAP&f2及/或脈衝產生模組86、88的RF輸出。已更新的功率位準和RF頻率指示於反饋資料訊號DATAP&f1、DATAP&f2中。
多個反饋廻路提供如下。第一反饋廻路包含對已更新之功率位準和RF頻率的偵測，將已更新之功率位準和RF頻率反饋到脈衝產生模組86、88。第二反饋廻路包含從脈衝產生模組86、88提供已更新之功率位準和RF頻率到脈衝控制模組70、72。第三反饋廻路包含將來自於感測器46、48的感測器訊號及/或所偵測到的參數提供給功率設定點模組82、84，功率設定點模組82、84可根據感測器訊號及/或所偵測到的參數來決定功率設定點。第四反饋廻路包含將來自於感測器46、48的感測器訊號及/或所偵測到的參數提供給頻率控制模組78、80，頻率控制模組78、80可根據感測器訊號及/或所偵測到的參數來決定RF頻率設定點。
感測器46、48可包含電壓感測器、電流感測器及/或定向耦合感測器(directional coupler sensor)。感測器46、48可偵測出(i)功率放大器42、44輸出的電壓和電流；(ii)脈衝控制電路20及/或RF產生器30、32輸出的正向(或來源)功率(forward power)；以及(iii)從匹配網路接收到的反向(或反射)功率(reverse power)。該電壓、電流、正向功率和反向功率可為功率放大器42、44之RF輸出的實際電壓、電流、正向功率和反向功率的成比例的(scaled)及/或經過濾的(filtered)版本。感測器46、48可為類比感測器及/或數位感測器。於數位式的實施方式中，感測器46、48可包含類比至數位(analog-to-digital,A/D)轉換器以及具相應之取樣率(sampling rates)的訊號取樣元件。感測器46、48產生感測器訊號，其由脈衝控制模組70、72、頻率控制模組78、80、及/或脈衝產生模組86、88所接收。該感測器訊號可指示出該電壓、電流、正向功率和反向功率。
第3圖顯示脈衝產生模組、功率放大器及/或RF產生器(如第 1圖和第2圖的脈衝產生模組86、88、功率放大器42、44、及/或RF產生器12、30、32中的一個)之輸出功率的脈衝及相應之狀態的功率訊號圖。該脈衝產生模組、功率放大器及/或RF產生器可產生具有n個不連續狀態的輸出，n個不連續狀態中的每一個具有與其相關聯的RF頻率、期間、振幅和工作週期。於第3圖中，顯示出例示性的狀態0~6，狀態0~6顯示出不同的脈衝寬度(或期間)、振幅、工作週期、RF頻率等等。輸出功率的狀態中每個脈衝及/或狀態可包含多個振幅。
舉例來說，該脈衝產生模組、功率放大器或RF產生器可從一目前狀態(狀態0)過渡到一目標狀態(狀態1~6其中一個或其他的目標狀態)。狀態1~6可為過渡狀態(或中間狀態)，該脈衝產生模組、功率放大器或RF產生器可從一目前狀態經過一或多個脈衝而過渡到一目標狀態。當涵蓋了過渡狀態時，預定的偏移(predetermined offsets)可被用來轉變到過渡狀態或從過渡狀態轉變過來。該偏移可指振幅(或功率位準)、RF頻率、脈衝期間等等的變化。該偏移可儲存於、提供到RF產生器的脈衝控制模組、功率控制模組、頻率控制模組及/或脈衝產生模組(如第2圖中的一或多個模組70-88)、及/或被其所用，這些模組中每一個可具有各自的偏移值(offset values)。
舉例來說，該脈衝產生模組針對從第一狀態過渡到第二狀態可於功率設定點之間(如，兩個或多個功率設定點PDel(0)~PDel(n))進行脈衝化。類似地，該脈衝產生模組針對多個RF頻率設定點f(0)~f(n)中的每一個保留不同的RF功率設定點。當一個脈衝發生改變時，RF功率和RF頻率兩者可逐漸地於一第一期間、在功率和RF頻率設定點的範圍間進行改變。
第4圖顯示一種功率控制方法。舉例來說，該功率控制方法可由第2圖中脈衝控制模組70、72及/或功率控制模組74、76中的一或多個來執行。雖然以下的作業程序主要是針對第1圖和第2圖的實施方式以及單一個RF產生器這樣的特徵來作描述，但是可以很容易地修改這些作業程序以應用到本發明揭露的其他實施方式中以及應用於多個RF產生器的情況，這些作業程序可迭代地被執行。第4圖的方法可開始於200，在此方法中，多個平行的作業程序組係被執行，每個作業程序組對應n個狀態中的一個狀態。雖然這些作業程序組顯示為於相同期間及/或同時地平行(in parallel)進行，但是這些作業程序組也可依序及/或依不同的次序(in a different order)來進行。
於202-0~202-n中，脈衝控制模組70及/或功率控制模組74判斷是否已偵測並已儲存已更新的功率位準及/或RF頻率。已更新的功率位準可能已由感測器46偵測到，並已儲存於脈衝產生模組86、脈衝控制模組70及/或功率控制模組74，及/或已由這些模組取得。已更新的RF頻率可能如前所述已由頻率控制模組78所確定，並已儲存於脈衝產生模組86、脈衝控制模組70及/或功率控制模組74，及/或已由這些模組取得。已更新的功率位準及/或RF頻率可藉由反饋資料訊號DATAP&f1指示出。若已更新的功率位準已被偵測到並已儲存，則執行作業程序204-0~204-n。
於204-0~204-n中，脈衝控制模組70可根據已更新的功率位準和RF頻率以及一或多個脈衝源模組(如，脈衝源模組54、58、62中的一或多個)的一或多個輸出，來產生狀態訊號STATE1以及功率資料訊號DATAP1。
於206-0~206-n中，功率控制模組74可儲存已更新的功率位準資料及/或將已更新的功率位準資料傳送到頻率控制模組78。當此資料是從脈衝控制模組70及/或脈衝產生模組86提供到頻率控制模組78時，作業程序206-0~206-n可不被執行。
於208-0~208-n中，功率控制模組74產生功率控制訊號PDels1，以針對n個狀態中的每一個涵蓋一或多個功率位準。功率控制模組74根據狀態訊號STATE1及已更新的功率資料來產生功率控制訊號PDels1。此方法可結束於作業程序208-0~208-n後，或者可回到作業程序202-0~202-n，如第4圖所示。
第5圖顯示一種頻率控制方法。舉例來說，該頻率控制方法可由第2圖中脈衝控制模組70、72及/或頻率控制模組78、80中的一或多個來執行。雖然以下的作業程序主要是針對第1圖和第2圖的實施方式以及單一個RF產生器這樣的特徵來作描述，但是可以很容易地修改這些作業程序以應用到本發明揭露的其他實施方式中以及應用於多個RF產生器的情況，這些作業程序可迭代地被執行。第5圖的方法可開始於250。
於252-0~252-n中，脈衝控制模組70及/或頻率控制模組78判斷是否已偵測並已儲存已更新的功率位準及/或RF頻率。已更新的功率位準可能已由感測器46偵測到，並已儲存於脈衝產生模組86、脈衝控制模組70及/或頻率控制模組78，及/或已由這些模組取得。已更新的RF頻率可能如前所述已由頻率控制模組78所確定，並已儲存於脈衝產生模組86、脈衝控制模組70及/或功率控制模組74，及/或已由這些模組取得。已更新的功率位準及/或RF頻率可藉由反饋資料訊號DATAP&f1指示出。若已更新的功率位準已 被偵測到並已儲存，則執行作業程序254-0~254-n。
於254-0~254-n中，脈衝控制模組70可根據已更新的功率位準和RF頻率以及一或多個脈衝源模組(如，脈衝源模組54、58、62中的一或多個)的一或多個輸出，來產生狀態訊號STATE1以及頻率資料訊號DATAf1。
於256-0~256-n中，頻率控制模組78可儲存已更新的頻率資料及/或將已更新的頻率資料傳送到功率控制模組74。當此資料是從脈衝控制模組70及/或脈衝產生模組86提供到功率控制模組74時，作業程序256-0~256-n可不被執行。
於258-0~258-n中，頻率控制模組78產生頻率控制訊號fDels1，以針對n個狀態中的每一個涵蓋一RF頻率。頻率控制模組78根據狀態訊號STATE1及已更新的頻率資料來產生頻率控制訊號fDels1。此方法可結束於作業程序258-0~258-n後，或者可回到作業程序252-0~252-n，如第5圖所示。
第6圖顯示一種狀態控制方法。舉例來說，該狀態控制方法可由第2圖中脈衝產生模組86、88中的一或多個來執行。雖然以下的作業程序主要是針對第1圖和第2圖的實施方式以及單一個RF產生器這樣的特徵來作描述，但是可以很容易地修改這些作業程序以應用到本發明揭露的其他實施方式中以及應用於多個RF產生器的情況，這些作業程序可迭代地被執行。第6圖的方法可開始於300。
於302中，脈衝控制模組70判斷是否從一目前狀態i-1轉換到一下一個狀態i。若過渡將要於狀態之間進行，則作業程序304將會被執行。
於304中，針對狀態i，脈衝控制模組70、功率控制模組74、頻率控制模組78及/或脈衝產生模組86呼叫(recall)最近的RF頻率f(i-1)及最近的功率位準PDel(i-1)。此資訊可共享於模組70、74、78、86之間。最近的RF頻率f(i-1)和最近的功率位準PDel(i-1)的喚回和使用可針對功率設定點的變化及/或負載阻抗的變化，為脈衝產生模組86及/或功率放大器42之輸出的改變提供快速的反應時間。
於306中，功率控制模組74、頻率控制模組78及/或脈衝產生模組86進行操作，以將脈衝產生模組86之RF輸出的功率位準和RF頻率設定成功率控制訊號PDels1和頻率控制訊號fDels1所指示出的功率位準和RF頻率，及/或設定成此功率位準和RF頻率的過渡。這可為朝向目標功率位準及目標RF頻率的一系列增量變化中的一個增量變化量。脈衝產生模組86的功率位準和RF頻率可基於各個預定的偏移值，從該最近的功率位準和RF頻率開始以一預定量進行改變。
於308中，脈衝產生模組86等待了一段預定的維持關閉(OFF)期間。這使得作業程序306期間所作之改變的結果可以發生作用，並由感測器及/或模組70、78、84、86中的一或多個感測到。於310中，針對感測器46和頻率控制模組78所偵測到的及/或所確定的目前狀態，脈衝產生模組86可接收到及/或儲存一已更新的功率位準PDel(i)和RF頻率F(i)。
於312中，脈衝產生模組86可針對該目前狀態將反饋資料訊號DATAP&f1中的已更新的功率位準PDel(i)和已更新的RF頻率F(i)傳送到脈衝控制模組70。已更新的功率位準PDel(i)和已更新的RF頻率F(i)可經由反饋資料訊號DATAP1、DATAf1轉發到功率控制模組74和頻率控制模組78。作業程序 302可在作業程序312之後接著執行。
如上第4~6圖所描述作業程序僅為示意性的例子，這些作業程序可依序地、同步地、同時地、連續地、於重疊期間或依不同次序進行，此視應用所需而定。並且，任何一個作業程序可根據實施的方式及/或事件情形不被執行或略過。
在此所揭露的實施方式中包含一RF產生器，其於給予的功率設定點之間進行脈衝化，例如介於PDel(HIGH)和PDel(LOW)之間，此RF產生器可針對多個設定點(如，f(high)和f(low))中的每一個保留不同的RF頻率。當脈衝發生改變時，RF產生器的RF功率和RF頻率兩者可於相同期間及/或同時地改變，這使得對於每個設定點的阻抗匹配可以被最大化。此實施方式可提供高能端(峰值振幅)和低能端(最小振幅)脈衝兩者都能達到阻抗匹配。並且，此實施方式在將脈衝負載的各種面向(various aspects)進行脈衝化時，並可將遞送至電漿負載的功率維持一定。
以下的描述僅為在本質上進行例示，且無意限制本發明之揭露、其應用或用途，本揭露中的廣泛教示可以各式各樣的形式實現。因此，當本揭露包含特定的例子時，本揭露真正的範圍不應因此而受限，因為其他進行的修飾在研讀圖式、說明書和接續的申請專利範圍後是顯而易見的。在此所使用的用語，A、B和C中至少一個應被理解為一個邏輯式(A、B、或C)，其使用了非排除性的邏輯“或”(OR)。此外，應理解到一個方法中的一或多個步驟可在不改變本揭露的原理或原則下依不同的次序(或同時)執行。
在此申請中，包含了如下定義，模組這個詞語可替換為電路 這個詞，模組這個詞所指的可以是包含一特殊應用積體電路(application specific integrated circuit,ASIC)、一數位、類比或數位類比混合的不連續電路、一數位、類比或數位類比混合的積體電路、一組合邏輯電路、一現場可程式化閘陣列(field programmable gate array,FPGA)、一執行程式碼的處理器(共用的、專用的或群組)、用來儲存處理器所執行之程式碼的記憶體(共用的、專用的或群組)、其他提供所描述之功能的適用的硬體元件、或上述所有或某些項目的組合，如於一系統單晶片(system-on-chip)，或上述項目中的一部份。
上述所使用到的程式碼這個詞可包含軟體、韌體及/或微代碼(microcode)，並且指的可以是程式、常式(routines)、函數式、類別及/或物件(objects)。共用的處理器這個詞包含單一個處理器，其執行多個模組中的某些或所有的程式碼。處理器群組這個詞包含了一個處理器，其與額外的處理器結合，以執行一或多個模組中的某些或所有程式碼。共用的記憶體這個詞包含單一個記憶體，其儲存了多個模組中的某些或所有程式碼。記憶體群組這個詞包含一個記憶體，其與額外的記憶體結合，以儲存一或多個模組中的某些或所有程式碼。記憶體這個詞可為電腦可讀媒體(computer-readable medium)這個詞的一個子集合。電腦可讀媒體這個詞沒有包含透過一個媒介傳播的短暫電訊號和電磁訊號，並因此視為是有形的且非短暫的。於一個非限定性的例子中，非短暫的有形電腦可讀媒體包含非揮發性記憶體、揮發性記憶體、磁性儲存器以及光學儲存器。
雖然第一、第二、第三等等這些詞語在此用來描述各種元件、部件、廻路、電路及/或模組，但是這些元件、部件、廻路、電路及/ 或模組不應被這樣的詞語所限制。這些詞語僅用來區別一個元件、部件、廻路、電路或模組與另一個元件、部件、廻路、電路或模組。當在此使用第一、第二和其他數字的詞語時，除非內文有清楚指出，否則這些詞語並部暗示一序列或次序。因此，在沒有脫離在此揭露的實施方式示例的教示下，在此討論的第一元件、部件、廻路、電路或模組可把它稱為第二元件、部件、廻路、電路或模組。
在此申請中所描述的裝置和方法可部份地或全部地以由一或多個處理器所執行的一或多個電腦程式來實現。電腦程式包含處理器可執行的指示(instructions)，其儲存於至少一非短暫性的有形電腦可讀媒體。電腦程式並可包含及/或依賴已儲存的資料。
10‧‧‧無線電波功率系統
12‧‧‧無線電波產生器
14‧‧‧匹配網路
16‧‧‧傳輸線
18‧‧‧負載
20‧‧‧脈衝控制電路

Claims (20)

  1. 一種無線電波產生器，包含：一功率控制模組，設置用來產生一功率訊號，其針對一功率放大器的複數個目標狀態指示出功率位準；一頻率控制模組，設置用來產生一頻率訊號，其針對該功率放大器的該等目標狀態指示出頻率；以及一脈衝產生模組，設置用來(i)施加一輸出訊號給該功率放大器，(ii)針對該功率放大器的該等目標狀態中的一個，喚回一最近之功率位準和一最近之頻率中至少一者，以及(iii)根據該功率放大器的該最近之功率位準和該最近之頻率中至少一者、該功率訊號以及該頻率訊號，調整該輸出訊號的一目前功率位準和一目前頻率，使其從一第一狀態變換到一第二狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之無線電波產生器，其中該脈衝產生模組係設置用來(i)喚回該最近之功率位準和該最近之頻率兩者，以及(ii)根據該最近之功率位準和該最近之頻率兩者來調整該輸出訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之無線電波產生器，其中：該脈衝產生模組係設置用來(i)提供該最近之功率位準給該功率控制模組，以及(ii)提供該最近之頻率給該頻率控制模組；該功率控制模組係設置用來根據該最近之功率位準來產生該功率訊號；以及該頻率控制模組係設置用來根據該最近之頻率來產生該頻率訊號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之無線電波產生器，其中該脈衝產生模組係設置用來根據該功率訊號、該頻率訊號、該最近之功率位準和該最近之 頻率，於該功率放大器之一單一脈衝期間，調整該目前功率位準和該目前頻率兩者。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之無線電波產生器，其中該脈衝產生模組係設置用來根據該功率訊號、該頻率訊號、該最近之功率位準和該最近之頻率，調整該功率放大器的每一個連續脈衝的功率位準和頻率。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之無線電波產生器，其中：該脈衝產生模組係設置用來(i)在調整該目標功率位準和該目標頻率之後，等待一段預定的時間，(ii)在該段預定的時間結束時，儲存該功率放大器的一已更新的功率位準和一已更新的頻率，以及(iii)提供該已更新的功率位準給該功率控制模組，並提供該已更新的頻率給該頻率控制模組；該功率控制模組係設置用來根據該已更新的功率位準來產生該功率訊號；以及該頻率控制模組係設置用來根據該已更新的頻率來產生該頻率訊號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之無線電波產生器，其中該功率產生模組係設置用來針對該等目標狀態中的每一個，儲存已更新的功率位準和已更新的頻率。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之無線電波產生器，更包含該功率放大器以及感測器，其中：該功率放大器係設置用來接收該輸出訊號；該感測器係設置用來針對該等目標狀態中的每一個，偵測該功率放大器之功率輸出的功率位準；該頻率控制模組係設置用來根據目前脈衝狀態的指示，確定該功率放 大器之該功率輸出的頻率；以及該功率產生模組係設置用來針對該等目標狀態，將所偵測到的功率位準和頻率儲存為最近的功率位準和頻率。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之無線電波產生器，其中：該功率放大器之該功率輸出中所偵測到的功率位準和頻率係基於該功率放大器之一負載的阻抗變化；該功率控制模組係設置用來根據所偵測到的功率位準來產生該功率訊號；以及該頻率控制模組係設置用來根據所偵測到的頻率來產生該頻率訊號。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之無線電波產生器，其中當該輸出訊號要從該第一狀態過渡到該第二狀態時，選用如下兩種情況之至少一者：該功率控制模組設置用來逐步增量地調整該功率訊號，以針對該第二狀態將該目前功率位準調整到一目標功率位準；以及該脈衝產生模組逐步增量地針對該第二狀態將該目前功率位準調整到該目標功率位準。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之無線電波產生器，其中當該輸出訊號要從該第一狀態過渡到該第二狀態時，選用如下兩種情況之至少一者：該頻率控制模組設置用來逐步增量地調整該頻率訊號，以針對該第二狀態將該目前頻率調整到一目標頻率；以及該脈衝產生模組逐步增量地針對該第二狀態將該目前頻率調整到該目標頻率。
  12. 一種無線電波產生器的功率和頻率自動調整方法，包含： 產生一功率訊號，其針對於一無線電波產生器中的一功率放大器的複數個目標狀態指示出功率位準；產生一頻率訊號，其針對該功率放大器的該等目標狀態指示出頻率；施加一輸出訊號給該功率放大器；針對該功率放大器的該等目標狀態中的一個，喚回一最近之功率位準和一最近之頻率中至少一者；以及根據該功率放大器的該最近之功率位準和該最近之頻率中至少一者、該功率訊號以及該頻率訊號，調整該輸出訊號的一目前功率位準和一目前頻率，使其從一第一狀態變換到一第二狀態。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，更包含：喚回該最近之功率位準和該最近之頻率兩者；以及根據該最近之功率位準和該最近之頻率兩者來調整該輸出訊號。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，更包含(i)提供該最近之功率位準給一功率控制模組，以及(ii)提供該最近之頻率給一頻率控制模組，其中：該功率控制模組係設置用來根據該最近之功率位準來產生該功率訊號；以及該頻率控制模組係設置用來根據該最近之頻率來產生該頻率訊號。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之方法，更包含根據該功率訊號、該頻率訊號、該最近之功率位準和該最近之頻率，於該功率放大器之一單一脈衝期間，調整該目前功率位準和該目前頻率兩者。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之方法，更包含根據該功率訊號、該頻 率訊號、該最近之功率位準和該最近之頻率，調整該功率放大器的每一個連續脈衝的功率位準和頻率。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之方法，更包含：在調整該目標功率位準和該目標頻率之後，等待一段預定的時間；在該段預定的時間結束時，儲存該功率放大器的一已更新的功率位準和一已更新的頻率；根據該已更新的功率位準來產生該功率訊號；以及根據該已更新的頻率來產生該頻率訊號。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之方法，更包含針對該等目標狀態中的每一個，儲存已更新的功率位準和已更新的頻率。
  19. 如申請專利範圍第12項所述之方法，更包含：經由該功率放大器接收該輸出訊號；針對該等目標狀態中的每一個，經由感測器偵測該功率放大器之功率輸出的功率位準，其中該功率放大器之該功率輸出中所偵測到的功率位準和頻率係基於該功率放大器之一負載的阻抗變化；根據目前脈衝狀態的指示，確定該功率放大器之該功率輸出的頻率；針對該等目標狀態，將所偵測到的功率位準和頻率儲存為最近的功率位準和頻率。根據所偵測到的功率位準來產生該功率訊號；以及根據所偵測到的頻率來產生該頻率訊號。
  20. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中當該輸出訊號要從該第一狀態過渡到該第二狀態時，更包含： 逐步增量地調整該功率訊號，以針對該第二狀態將該目前功率位準調整到一目標功率位準；逐步增量地針對該第二狀態將該目前功率位準調整到該目標功率位準；逐步增量地調整該頻率訊號，以針對該第二狀態將該目前頻率調整到一目標頻率；以及逐步增量地針對該第二狀態將該目前頻率調整到該目標頻率。
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